「机器人」前沿研究丨工业机器人在智能制造中的角色 |技术|电脑|国创上头条|

本文选自中国工程院院刊《Engineering》2018年第4期
作者：戴家鹏
来源：Robotics in Industry—Their Role in Intelligent Manufacturing[J].Engineering,2018,4(4):440-445.
一、智能制造观点
（一）智能制造——科技化与工业化的连接
通过考察近代工业制造的发展历程可以获得对智能制造概念的理解。通常将1784年定义为第一次工业革命的里程碑，这是因为该时期蒸汽机诞生了（图1）。在早于1784的50年前，另有一位英国工程师Thomas Newcomen已发明了初期的蒸汽机。初期蒸汽机有许多效率方面的缺陷，也不易实现大量制造。后来出现了伟大的英国发明家瓦特（James Watt），他把蒸汽机里的冷凝设计改善为分离式的结构，大幅提升了蒸汽机的效率。瓦特同时也创新应用了机械式的速度调节器，进而能够自动控制蒸汽机运转的速度。
这些技术上的突破使得蒸汽机被可靠地使用。另外，瓦特还得到了投资者Matt Boulton的支持，大量制造使得成本降低，产生了新一代的蒸汽动力引擎，带动了第一次工业革命。结合了工、技、贸，也就是“科技化”+“工业化” ，奠定了工业时代成功的基础。我们可以推论：一个成功的发展阶段要归功于科技与工业的结合。同样的，信息科技与工业化的结合会促进智能制造的发展，这也是“中国制造2025”的核心。

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图1. 工业制造发展历程
（二）大量制造模式之2.0 ，计算机逻辑控制之3.0
在第二次工业革命中，大规模生产大幅度地提升了生产率，其基本模式为采用流水线来搭配以工业工程分工的生产技术。把生产制程拆分成多个工序，作业员在每个工序执行重复单一的动作，以提升整体的生产力。流水线提供了一个制造工序间传输的途径。例如，福特公司将这项技术与工业化一起用于底特律汽车制造，达到以较低的成本制造出数百万计的汽车。
第三次工业革命是由于计算机时代的来临。计算机协助制造业的代表为1969年的可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）。尽管当时已有许多技术都结合了计算机与机器，但PLC使用简易、可靠性高，可以容易地进行计算控制逻辑的编程。
1969年，通用汽车（General Motors）的Hydra-Matics部门拟定出早期控制器规范，当时Modicon公司的Dick Mor-ley展示了梯形逻辑的编程方法，这被许多自动化工程师所喜爱，另一位PLC创始人Odo Struger博士与其在Allen-Bradley公司的团队联合了当时一家名叫3I的小公司，依据通用汽车的规格也研发出逻辑控制器，并且注册了PLC的名称（3I后来被Allen-Bradley公司收购， Allen-Bradley又被并购成为了Rockwell Automation）。 Allen-Bradley当时有远见地投资了自动化应用领域，全力支持PLC发展成为一个坚固、可靠且简单易用的自动化控制系统。 PLC推出后10年，到1979年， PLC已经成为一个具有10亿美元规模的产业。
（三）工业4.0——云移物大智网+机器人
2013年，德国工业4.0工作小组在汉诺威工业展会上提出了他们的工业4.0报告。 2014年是第四次工业革命的开始，信息技术被引入制造业。在制造业中引入信息技术，有别于工业3.0的计算机化。信息化亦可描述为六大特点加上机器人作为代表。这六大特点为：云端、移动终端、物联网、大数据、智能分析和网络（简称为云移物大智网，即CMIDAN）（图2）。 CMIDAN代表着虚拟世界的智慧，再加上机器人的实体动作就可以代表物理世界中实际完成任务的机制。 CMIDAN和机器人技术共同对未来的智能制造产生更大的影响。这些冲击而产生的工业化成果是由众多智能制造相关从业者的共同努力而实现的，其在可见的未来还会持续不断地获得进步。